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JPH08980B2 - Plasma CVD method and apparatus - Google Patents
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JPH08980B2 - Plasma CVD method and apparatus - Google Patents

Plasma CVD method and apparatus

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Publication number
JPH08980B2
JPH08980B2 JP3323389A JP32338991A JPH08980B2 JP H08980 B2 JPH08980 B2 JP H08980B2 JP 3323389 A JP3323389 A JP 3323389A JP 32338991 A JP32338991 A JP 32338991A JP H08980 B2 JPH08980 B2 JP H08980B2
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seconds
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征夫 渡辺
浩哉 桐村
創 桑原
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、成膜室内のカソード電
極と接地電極間に導入した原料ガスをプラズマ化し、こ
のプラズマに基板を曝して該基板上に薄膜を形成するプ
ラズマCVD法(プラズマ化学気相成長法)及び装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma CVD method (plasma CVD method) in which a raw material gas introduced between a cathode electrode and a ground electrode in a film forming chamber is turned into plasma and the substrate is exposed to the plasma to form a thin film on the substrate. Chemical vapor deposition method) and apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマCVD法及び装置はアモルファ
スシリコン(a−Si)太陽電池、液晶表示装置等の各
種薄膜デバイスの形成に広く使用されている。プラズマ
CVD法を実施する装置としては、代表例として図5の
(A)に示す容量結合型プラズマCVD装置を挙げるこ
とができる。
2. Description of the Related Art Plasma CVD methods and devices are widely used for forming various thin film devices such as amorphous silicon (a-Si) solar cells and liquid crystal display devices. As a typical example of an apparatus for carrying out the plasma CVD method, a capacitively coupled plasma CVD apparatus shown in FIG.

【0003】このプラズマCVD装置では、成膜室1に
カソード電極2と接地電極3が対向配置され、カソード
電極2にはマッチングボックス4aを介して高周波電源
(RF電源 13.56MHz)40が接続され、接地
電極3には基板9が配置され、該基板はヒータ5にて成
膜温度に制御される。また、成膜室1には所定真空度を
得るための排気系6、原料ガスを供給する原料ガス供給
装置7が接続されている。
In this plasma CVD apparatus, a cathode electrode 2 and a ground electrode 3 are arranged opposite to each other in a film forming chamber 1, and a high frequency power source (RF power source 13.56 MHz) 40 is connected to the cathode electrode 2 through a matching box 4a. A substrate 9 is arranged on the ground electrode 3, and the substrate 5 is controlled by the heater 5 at the film forming temperature. Further, the film forming chamber 1 is connected to an exhaust system 6 for obtaining a predetermined degree of vacuum and a source gas supply device 7 for supplying a source gas.

【0004】この装置によると、接地電極3上の基板9
がヒータ5にて成膜温度に制御され、成膜室1内が排気
系6にて所定の成膜真空度に維持されつつ該成膜室に原
料ガス供給装置7から原料ガスが導入され、カソード電
極2には、図5の(B)に示すように、電源40から一
定の出力で継続して高周波電力が印加されて原料ガスが
プラズマ化され、該プラズマに基板9表面が曝されるこ
とで該表面上に所望の薄膜が堆積形成される。
According to this apparatus, the substrate 9 on the ground electrode 3 is
Is controlled by the heater 5 to the film forming temperature, and while the inside of the film forming chamber 1 is maintained at a predetermined film forming vacuum degree by the exhaust system 6, the source gas is introduced into the film forming chamber from the source gas supply device 7. As shown in FIG. 5B, high frequency power is continuously applied to the cathode electrode 2 from the power source 40 at a constant output to convert the raw material gas into plasma, and the surface of the substrate 9 is exposed to the plasma. As a result, a desired thin film is deposited and formed on the surface.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来方法及び装置によると次のような問題がある。 原料ガスをプラズマ化するに際し、該プラズマの状
態、特に、プラズマ化による各種ラジカル生成を制御で
きず、そのため、成膜に不要なラジカルの発生を抑え
られず、かかる不要ラジカルに起因すると考えられるダ
スト、パーティクルの発生を抑制できず、それだけ良質
な膜の形成が妨げられる。 高速成膜を実施しようと高周波電源出力を上げる
と、それに伴って不要ラジカルも増加するので、高速
で良質な膜を形成し難い。 不要ラジカル生成を抑制するため高周波電源出力を
上げ難いので、それだけプラズマ密度が小さくなる一
方、両電極間におけるシース領域の幅が大きくなり、こ
のシース領域で加速された高速イオンが、形成された膜
に衝突し、該膜が傷付きやすい。 一つの試みとして高周波電力を単にオン・オフを繰
り返すパルス状に印加すると、電極の一部から放電が始
まるなどして、プラズマが不安定となる傾向が ある。そ
こで本発明は、成膜室内のカソード電極と接地電極間に
導入した原料ガスをプラズマ化し、このプラズマに基板
を曝して該基板上に薄膜を形成するプラズマCVD法及
び装置であって、原料ガスをプラズマ化するにあたり、
ラジカル生成を制御して、成膜に必要なラジカルの生成
を妨げない一方、成膜に不要なラジカルの発生を抑制で
き、それによってダスト、パーティクルの発生を抑えつ
つ良質の薄膜を高速で安定して形成できるプラズマCV
D法及び装置を提供することを課題とする。
However, the above-mentioned conventional method and apparatus have the following problems. When the raw material gas is turned into plasma, the state of the plasma, in particular, the generation of various radicals due to turning into plasma cannot be controlled, and therefore the generation of radical species unnecessary for film formation cannot be suppressed, which is considered to be due to such unnecessary radicals. The generation of dust and particles cannot be suppressed, which hinders the formation of a good quality film. When the high frequency power source output is increased in order to carry out high-speed film formation, the unnecessary radical species also increase accordingly, so that it is difficult to form a high-quality film at high speed. Since it is difficult to increase the high-frequency power output because it suppresses the generation of unwanted radicals, the plasma density is reduced accordingly, while the width of the sheath region between both electrodes is increased, and high-speed ions accelerated in this sheath region form the film formed. And the film is easily damaged. As one attempt , simply turn the high frequency power on and off.
When pulsed to apply return Ri, and the like from a portion of the electrode discharge starts, there is a tendency that plasma becomes unstable. Therefore, the present invention is a plasma CVD method and apparatus for converting a source gas introduced between a cathode electrode and a ground electrode in a film forming chamber into plasma, and exposing the substrate to the plasma to form a thin film on the substrate. To turn the plasma into
Control radical generation to generate radicals required for film formation
While not interfere with, it is possible to suppress the generation of unnecessary the radical Le to the deposition, whereby the dust, while suppressing the generation of particles can be stably formed a thin film of high quality at high speed plasma CV
It is an object to provide a D method and a device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者は前記課題を解
決すべく研究を重ねたところ、プラズマ中に存在するラ
ジカルは、良質な膜の形成に寄与するものと、ダスト等
の生成原因となるものとがあること、そして、プラズマ
中に存在する各種ラジカルの生成は、電子エネルギー
密度に大きく依存するので、この電子エネルギー、密度
を制御することで、成膜に必要な良質ラジカル種を選択
的に増加させ得る一方、ダスト、パーティクルの原因と
なると考えられる不要な悪質ラジカルの発生を抑制する
ことができること、また、良質ラジカルはその発生に要
するエネルギー印加時間が比較的短く、且つ、寿命が長
いのに対し、悪質ラジカルはその発生に要するエネルギ
ー印加時間が長く、且つ、寿命が短い特徴があること、
従って、電子エネルギー、密度の制御を行い、且つ、そ
の制御方式として、原料ガスプラズマ化のためのエネル
ギー導入をオン・オフを繰り返すパルス状にすればよい
こと、しかも、図4の(C)に示すように、高周波電力
のオン・オフを繰り返すパルス状印加に加え、マイクロ
のオン・オフを繰り返すパルス状印加を導入すること
により、高周波電力のパルス状印加のみでは得られない
良質ラジカルの高密度化と安定性を実現できることを見
出し、本発明を完成した。
The inventors of the present invention have conducted extensive research to solve the above-mentioned problems. As a result, the radicals present in plasma contribute to the formation of a good quality film and cause the generation of dust and the like. it is composed of one and is, then, generation of various radicals present in the plasma, electron energy,
Since it largely depends on the density, by controlling this electron energy and density, it is possible to selectively increase the quality radical species necessary for film formation, while generating unwanted malicious radicals that are thought to cause dust and particles. In addition, a good quality radical has a relatively short energy application time for its generation and a long life, whereas a bad radical has a long energy application time for its generation and a long life. Have short characteristics,
Therefore, the electron energy and density are controlled, and as a control method therefor, an energy source for plasma conversion into a source gas is used.
It is only necessary to introduce the electric energy in the form of a pulse that repeatedly turns on and off . Moreover, as shown in FIG.
In addition to the pulsed application in which the on / off of the microwave is repeated, by introducing the pulsed application in which the on / off of the microwave is repeated, it is possible to increase the density and stability of high-quality radicals that cannot be obtained only by the pulsed application of high frequency power. The inventors have found that they can be realized and completed the present invention.

【0007】図4は、従来の高周波電力印加の場合(図
A)、高周波電力のオン・オフを繰り返すパルス状印加
の場合(図B)、高周波電力とマイクロ波の双方をオン
・オフを繰り返すパルス状に印加する場合(図C)の出
力状態に対する電子エネルギー・密度の相対比、各出力
状態における良質ラジカル密度の悪質ラジカル密度に対
する相対比について例示している。これらの図から分か
るように、高周波電力とマイクロ波の双方のパルス状印
の場合は、他の場合に比べて、電子エネルギー・密度
の相対比、良質ラジカル密度の相対比が大きく増加して
いる。
FIG. 4 shows a pulsed application in which the high frequency power is repeatedly turned on and off in the case of the conventional high frequency power application (FIG. A).
In case (Fig. B), both high frequency power and microwave are turned on.
Relative ratio of electron energy and density to the output state when applying in the form of a pulse that repeatedly turns off (Fig. C), each output
The relative ratio of the good quality radical density to the bad radical density in the state is illustrated. As can be seen from these figures , pulse marks for both high frequency power and microwave
In the case of addition, the relative ratio of electron energy / density and the relative ratio of good quality radical density are greatly increased as compared with the other cases.

【0008】すなわち、本発明は、成膜室内のカソード
電極と接地電極間に導入した原料ガスをプラズマ化し、
このプラズマに基板を曝して該基板上に薄膜を形成する
プラズマCVD法において、前記原料ガスのプラズマ化
を、前記カソード電極への高周波電力のオン・オフを繰
り返すパルス状印加と、前記成膜室へのマイクロ波のオ
ン・オフを繰り返すパルス状印加とで行い、且つ、該マ
イクロ波の印加を該高周波電力印加に同期させて行う
とを特徴とするプラズマCVD法、及び成膜室内のカソ
ード電極と接地電極間に導入した原料ガスをプラズマ化
し、このプラズマに基板を曝して該基板上に薄膜を形成
するプラズマCVD装置において、前記原料ガスのプラ
ズマ化のために、前記カソード電極へ高周波電力をオン
・オフを繰り返してパルス状に印加する手段と、前記成
膜室にマイクロ波をオン・オフを繰り返してパルス状に
印加する手段と、前記マイクロ波の印加を前記高周波電
力の印加に同期させる手段とを備えたことを特徴とする
プラズマCVD装置を提供するものである。
That is, according to the present invention, the source gas introduced between the cathode electrode and the ground electrode in the film forming chamber is turned into plasma,
In the plasma CVD method in which a substrate is exposed to this plasma to form a thin film on the substrate , plasma conversion of the source gas is performed.
The high frequency power to the cathode electrode is turned on and off repeatedly.
Applying a pulsed pulse back and applying microwaves to the deposition chamber.
The pulsed voltage is repeatedly turned on and off.
A plasma CVD method characterized in that the application of a microwave is performed in synchronism with the application of the high-frequency power , and a source gas introduced between a cathode electrode and a ground electrode in a film forming chamber is converted into a plasma, and the plasma is generated. In a plasma CVD apparatus that exposes a substrate to a substrate and forms a thin film on the substrate, high-frequency power is turned on to the cathode electrode to turn the source gas into plasma.
A means for repeatedly applying OFF in a pulse shape, a means for repeatedly applying ON / OFF to the film forming chamber in a pulse shape, and a microwave for applying the microwave.
The present invention provides a plasma CVD apparatus characterized in that it is provided with means for synchronizing with the application of force .

【0009】本発明に係るこのプラズマCVD法及び装
置においては、例えば、高周波電力の各オン時間(高周
波パルス幅)t1を1×10 -3 秒≦t1≦10×10 -3
秒、 高周波電力の各オフ時間t2を1×10 -3 秒≦t2
≦10×10 -3 秒、マイクロ波の各オン時間(マイクロ
波オンパルス幅)t3を2×10 -3 秒≦t3≦15×1
-3 秒、マイクロ波の各オフ時間t4を1×10 -3 秒≦
t4≦10×10 -3 秒程度にすることが考えられる。
This plasma CVD method and apparatus according to the present invention
For example, each ON time of high frequency power (high frequency
Wave pulse width) t1 is 1 × 10 −3 seconds ≦ t1 ≦ 10 × 10 −3
Second, each off time t2 of high frequency power is 1 × 10 −3 seconds ≦ t2
≤10 × 10 -3 seconds, each microwave on-time (micro
Wave on-pulse width) t3 is 2 × 10 −3 seconds ≦ t3 ≦ 15 × 1
0 -3 seconds, each microwave off time t4 is 1 x 10 -3 seconds ≤
It can be considered that t4 ≦ 10 × 10 −3 seconds.

【0010】また、前記マイクロ波と高周波電力の印加
開始のタイミングにおいて、前記マイクロ波を前記高周
電力より先行させて印加してもよく、その場合は、該
高周波電力の印加開始遅延時間t5を1×10 -3 秒以
上、5×10 -3 秒以下とすることが考えられる。高周波
電力出力は電極面積を考慮して最適出力とし、マイクロ
波出力は50〜500W程度とすることが考えられる。
Application of the microwave and high frequency power
At the timing of the start, the microwave may be a applied by precede the high frequency power, in that case, the high-frequency power application start delay time t5 to 1 × 10 -3 seconds or more of
On the other hand, it may be set to 5 × 10 −3 seconds or less. high frequency
It is conceivable that the power output is set to the optimum output in consideration of the electrode area and the microwave output is set to about 50 to 500W.

【0011】[0011]

【作用】本発明方法及び装置によると、カソード電極に
高周波電力がオン・オフを繰り返すパルス状に印加され
るとともに成膜室にマイクロ波がオン・オフを繰り返す
パルス状に印加され、且つ、該マイクロ波の印加が高周
波電力の印加に同期してなされることで、カソード電極
と接地電極間の原料ガスがプラズマ化される。このと
き、図4(C)に示すように、成膜に寄与する良質ラジ
カルが選択的に発生、増加し、高密度化、安定化する一
方、成膜に不要なラジカルの発生が抑制される状態で原
料ガスがプラズマ化され、このプラズマに基板が曝され
ることで、該基板上に良質の薄膜が速やかに安定的に形
成される。 また、マイクロ波と高周波電力の印加開始の
タイミングに関して、マイクロ波を高周波電力より僅か
に先行させて印加開始するときは、安定した所望のプラ
ズマ状態が速やかに得られ、よりラジカル制御が容易と
なり、良質の膜を形成できる。
According to the method and apparatus of the present invention, high-frequency power is applied to the cathode electrode in a pulsed manner that is repeatedly turned on and off.
Microwave is repeatedly turned on and off in the film formation chamber
The pulse is applied and the microwave is applied at high frequency.
By being applied in synchronization with the application of wave power, the cathode electrode
The source gas between the ground electrode and the ground electrode is turned into plasma. This and
As shown in FIG. 4C, a good quality
Cull is selectively generated, increased, increased in density, and stabilized.
On the other hand, in the state where the generation of radicals unnecessary for film formation is suppressed,
The source gas is turned into plasma, and the substrate is exposed to this plasma.
By doing so, a good quality thin film can be formed on the substrate quickly and stably.
Is made. In addition, the start of microwave and high frequency power application
As for timing, microwave is less than high frequency power
When starting application prior to
Zuma state can be obtained quickly and radical control becomes easier.
Therefore, a high quality film can be formed.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1、図2及び図3は、本発明方法を実施するプ
ラズマCVD装置の第1、第2及び第3の各例の概略構
成を示す図である。いずれの装置も、図5に示す従来装
置と比べ、カソード電極2への電力印加手段が異なって
いるとともに、成膜室1に対するマイクロ波印加導入手
段が新たに加わっているが、その他の部分は該従来装置
と実質上同一構成である。従来装置における部品と同じ
ものについては同一の参照符号を付してある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1, FIG. 2 and FIG. 3 are schematic diagrams showing the first, second and third examples of the plasma CVD apparatus for carrying out the method of the present invention. Compared with the conventional device shown in FIG. 5, the power applying means for the cathode electrode 2 is different and a microwave applying introducing means for the film forming chamber 1 is newly added to each of the devices, but the other parts are different. It has substantially the same configuration as the conventional device. The same parts as those in the conventional apparatus are designated by the same reference numerals.

【0013】図1のプラズマCVD装置は、カソード電
極2に高周波電力をオン・オフの繰り返しによるパルス
状に印加する高周波パルス発生部4、及び成膜室1にマ
イクロ波をオン・オフの繰り返しによるパルス状に印加
導入するためのマイクロ波パルス発生部8を備えてい
る。高周波パルス発生部4は、高周波のオン・オフを繰
り返すパルス信号を発生させる高周波パルス信号発生器
41と、該発生器からのパルス信号を高出力にするパワ
ーアンプ42と、高周波用マッチングボックス43とを
含んでいる。
In the plasma CVD apparatus of FIG. 1, high frequency power is applied to the cathode electrode 2 by repeatedly turning on and off a pulse.
High frequency pulse generator 4 is applied to Jo, and the film forming chamber 1 comprises a microwave pulse generator 8 for applying introducing microwaves caused by repeated on-off pulses. The high frequency pulse generator 4 repeatedly turns on and off the high frequency.
It includes a high frequency pulse signal generator 41 for generating a pulse signal to be returned , a power amplifier 42 for making the pulse signal from the generator a high output, and a high frequency matching box 43.

【0014】マイクロ波パルス発生部8はマイクロ波用
のパルス信号を発生させるマイクロ波パルス信号発生器
81と、マイクロ波発信源82と、マイクロ波の発生源
方向への反作用を防止するアイソレータ83と、マッチ
ング調整する整合器84と、マイクロ波を成膜室1へ導
く導波管85とを含んでいる。導波管85にはセラミッ
クス部材851を設けてある。
The microwave pulse generator 8 includes a microwave pulse signal generator 81 for generating a pulse signal for microwaves, a microwave transmission source 82, and an isolator 83 for preventing a reaction of the microwave toward the source. A matching device 84 for matching adjustment and a waveguide 85 for guiding microwaves to the film forming chamber 1 are included. The waveguide 85 is provided with a ceramic member 851.

【0015】高周波パルス信号発生器41とマイクロ波
パルス信号発生器81との間には、高周波パルスとマイ
クロ波パルスを同期させるための位相同期回路80を設
けてある。図2のプラズマCVD装置は、マイクロ波を
成膜室1に導入する方式として多ピン同軸アンテナタイ
プを採用した以外は、図1の装置と同一の構成である。
すなわち、この装置では、マイクロ波を、図1の装置に
おける導波管85により導き、数本の同軸ケーブル86
で分岐し、各ケーブルから成膜室内の数箇所に設けたア
ンテナ87を介して導入するようにしたものであり、そ
の他の構成は図1の装置と同一である。なお、ケーブル
86及びアンテナ87は電極と平行に配列されているの
で、図2にはそれぞれ一つずつしか示されていない。
Between the high frequency pulse signal generator 41 and the microwave pulse signal generator 81, there is provided a phase synchronizing circuit 80 for synchronizing the high frequency pulse and the microwave pulse. The plasma CVD apparatus of FIG. 2 has the same configuration as the apparatus of FIG. 1 except that a multi-pin coaxial antenna type is adopted as a method of introducing microwaves into the film forming chamber 1.
That is, in this device, microwaves are guided by the waveguide 85 in the device of FIG.
And is introduced from each cable through antennas 87 provided at several positions in the film forming chamber, and other configurations are the same as those of the apparatus of FIG. Since the cable 86 and the antenna 87 are arranged in parallel with the electrodes, only one each is shown in FIG.

【0016】図3のプラズマCVD装置は、マイクロ波
を成膜室1に導入する方式としてプラズマ発生管タイプ
を採用した以外は、図1の装置と同一の構成である。す
なわち、この装置では、導波管85から導かれたマイク
ロ波により、石英製反応管88において原料ガスをマイ
クロ波反射板881にて調整して高密度にプラズマ化
し、成膜室1内へ導入する。なお、この反応管は複数本
設けてもよい。原料ガスは、ガス供給装置7から弁89
を介して供給する。
The plasma CVD apparatus of FIG. 3 has the same structure as the apparatus of FIG. 1 except that a plasma generation tube type is adopted as a method for introducing microwaves into the film forming chamber 1. That is, in this apparatus, the raw material gas in the quartz reaction tube 88 is adjusted by the microwave reflection plate 881 into a high density plasma by the microwave guided from the waveguide 85, and is introduced into the film forming chamber 1. To do. A plurality of reaction tubes may be provided. The raw material gas is supplied from the gas supply device 7 to the valve 89.
Feed through.

【0017】前記各装置によると、本発明方法は次のよ
うに実施される。前記いずれの装置においても、成膜室
1へのマイクロ波パルスの導入と、カソード電極2への
高周波パルスの印加の双方を両パルスを同期させて同時
に行うようにし、且つ、マイクロ波と高周波のパルスの
当初の印加開始のタイミングについてはマイクロ波を高
周波より先行させて行う。
According to each of the above devices, the method of the present invention is carried out as follows. In any of the above-mentioned devices, both introduction of a microwave pulse to the film forming chamber 1 and application of a high frequency pulse to the cathode electrode 2 are performed at the same time by synchronizing both pulses, and the microwave and the high frequency are applied. Of pulse
Regarding the initial application start timing, the microwave is performed before the high frequency.

【0018】高周波オン時間(高周波パルス幅)t1は
1×10 -3 秒≦t1≦10×10 -3 、高周波オフ時間
t2は1×10 -3 秒≦t2 ≦10×10 -3 、マイクロ
波オン時間(マイクロ波パルス幅)t3は2×10 -3
≦t3≦15×10 -3 、マイクロ波オフ時間t4は
×10 -3 秒≦t4≦10×10 -3 とする。また、マイ
クロ波に対する高周波の印加遅延時間t5を1×10 -3
秒以上5×10 -3 秒以下とする。
The high frequency on-time (high frequency pulse width) t1 is
1 × 10 −3 sec ≦ t1 ≦ 10 × 10 −3 sec , high frequency off time t2 is 1 × 10 −3 sec ≦ t2 ≦ 10 × 10 −3 sec , microwave on time (microwave pulse width) t3 is 2 × 10 -3 seconds
≦ t3 ≦ 15 × 10 −3 seconds , microwave off time t4 is 1
× 10 −3 seconds ≦ t4 ≦ 10 × 10 −3 seconds . Further, the application delay time t5 of the high frequency with respect to the microwave is set to 1 × 10 −3
Not less than 2 seconds and not more than 5 × 10 −3 seconds .

【0019】高周波出力は電極面積を考慮して最適出力
とし、マイクロ波出力は50〜500W程度とする。か
くして、カソード電極2に高周波電力をオン・オフの繰
り返しによるパルス状に印加するとともに成膜室1にマ
イクロ波をオン・オフの繰り返しによるパルス状に、且
つ、印加開始時を除き高周波電力の印加に同期させて印
することで、カソード電極2と接地電極3間の原料ガ
スを、所定成膜真空度の下でプラズマ化し、このプラズ
マに接地電極3上の温度制御された基板9を曝すこと
で、該基板9上に所望の薄膜を形成する。
The high frequency output is set to the optimum output in consideration of the electrode area, and the microwave output is set to about 50 to 500W. Thus, the high frequency power is turned on and off to the cathode electrode 2 repeatedly.
It is applied in a pulse shape by returning, and the microwave is applied to the film forming chamber 1 in a pulse shape by repeatedly turning on and off, and
The application is synchronized with the application of high frequency power except when the application is started.
By adding the source gas between the cathode electrode 2 and the ground electrode 3 to plasma under a predetermined film formation vacuum degree, the substrate 9 on which the temperature is controlled on the ground electrode 3 is exposed to this plasma. A desired thin film is formed on 9.

【0020】この成膜では、不必要且つ時間的密度上昇
の遅いラジカルを除去するため、例えば2×10 -3 〜1
0×10 -3 程度のプラズマ発生維持のあと、1×10
-3 〜10×10 -3 程度のオフ時間を設けるようなパル
ス運転が行われるので、この時間では良質成膜に必要な
ラジカルは、寿命が長く、殆ど減少せず、選択的に増加
し、成膜速度の低下は起こらず、一方、成膜に不要なラ
ジカル種の発生が抑制される以上説明した実施例によ
ると、次の利点がある。・プラズマ中の電子エネルギ
、密度の制御が可能となり、最適パラメータを選択す
ることで、成膜に必要なラジカルを選択的に増加させる
ことができ、良質な膜を形成することができる。・良質
ラジカルの形成密度が高く、それだけ良質な膜の高速成
膜が可能となる。・高密度プラズマの発生により基板上
方に形成されるシース幅が小さくなり、このシース領域
で加速されるイオンのエネルギーが小さくなるため、イ
オンによる膜の損傷を防ぐことができる。・高周波電力
のパルス状印加のみでは、電極の一部からの放電が始ま
る等のため、安定なプラズマ発生が期待できないが、高
周波電力のパルス状印加に1×10 -3 〜5×10 -3
行したマイクロ波パルスを導入することで、安定した所
望のプラズマ状態が瞬時に得られ、よりラジカル制御が
容易となる。・ダスト、ーティクルの発生が抑制さ
れ、膜欠落の発生が低減され、また、装置のメインテナ
ンス性も向上する。・プラズマの発生度が高いため、よ
り低温での成膜が可能となる。
In this film formation, for example, 2 × 10 -3 to 1 is used in order to remove unnecessary radicals whose time density increases slowly.
After maintaining plasma generation for about 0 × 10 -3 seconds , 1 × 10
Since the pulse operation is performed so as to provide an off time of about −3 to 10 × 10 −3 seconds , radicals necessary for high-quality film formation have a long life and hardly decrease, and selectively increase at this time. However, the film formation rate does not decrease, and on the other hand, the generation of radical species unnecessary for film formation is suppressed . The embodiment described above has the following advantages.・ Electron energy in plasma
It becomes possible to control the density, and by selecting the optimum parameters, it is possible to selectively increase the radicals required for film formation, and it is possible to form a high-quality film.・ High-quality radical formation density is high, which enables high-speed deposition of high-quality films. The generation of the high-density plasma reduces the width of the sheath formed above the substrate, and the energy of the ions accelerated in this sheath region decreases, so that damage to the film due to the ions can be prevented.・ High frequency power
The only pulsed applied, such as for discharge starts from part of the electrode, although stable plasma generation can not be expected, 1 × 10 -3 ~5 × 10 -3 seconds ahead pulsed application of the RF power < By introducing the microwave pulse that has been carried out, a stable desired plasma state can be obtained instantaneously, and radical control becomes easier. Dust, the occurrence of Pa Tikuru is suppressed, occurrence of film missing is reduced, also improved maintainability of the apparatus. -Because of the high plasma generation rate, it is possible to form films at lower temperatures.

【0021】次に図1に示す装置を用いてガラス基板上
にアモルファスシリコン(a−Si)膜を形成した具体
例、及び同装置を用いてガラス基板上に窒化シリコン
(SiNx)膜を形成した具体例について説明する。 基板サイズ :100mm角 カソードサイズ :300mm角 基板−カソード間距離 :50mm 高周波電力周波数 :13.56MHz マイクロ波周波数 :2.45GHz 高周波オン時間t1 :3×10 -3 高周波オフ時間t2 :5×10 -3 マイクロ波オン時間t3:5×10 -3 マイクロ波オフ時間t4:3×10 -3 高周波印加遅延時間t5:1×10 -3 a)a−Si成膜 SiH4 流量 :50sccm H2 流量 :250sccm 成膜ガス圧 :1×10-1Torr 基板温度 :250℃ 高周波電力 :200W マイクロ波出力 :150W 〔結果〕 成膜速度 :25nm/min パーティクル密度:30個/100mm角(粒径0.3
μm以上) 光学的バンドギャップ:1.8〜1.9eV b)SiNx成膜 SiH4 流量 :50sccm NH3 流量 :150sccm 成膜ガス圧 :1×10-1Torr 基板温度 :350℃ 高周波出力 :500W マイクロ波出力 :150W 〔結果〕 成膜速度 :50nm/min パーティクル密度:30個/100mm角(粒径0.3
μm以上) 光学的バンドギャップ:4.8〜5.0eV 以上のように、両者とも良好な結果が得られた。
Next, a concrete example of forming an amorphous silicon (a-Si) film on a glass substrate using the apparatus shown in FIG. 1 and silicon nitride on the glass substrate using the same apparatus.
A specific example of forming a (SiNx) film will be described. Substrate size: 100 mm square Cathode size: 300 mm square Substrate-cathode distance: 50 mm High frequency power frequency : 13.56 MHz Microwave frequency : 2.45 GHz High frequency on time t1: 3 × 10 −3 seconds High frequency off time t2: 5 × 10 -3 seconds Microwave on time t3: 5 × 10 -3 seconds Microwave off time t4: 3 × 10 -3 seconds High frequency application delay time t5: 1 × 10 -3 seconds a) a-Si film formation SiH 4 flow rate: 50 sccm H 2 flow rate: 250 sccm Film forming gas pressure: 1 × 10 −1 Torr Substrate temperature: 250 ° C. High frequency power: 200 W Microwave output: 150 W [Result] Film forming speed: 25 nm / min Particle density: 30 particles / 100 mm square ( Particle size 0.3
Optical band gap: 1.8 to 1.9 eV b) SiNx film formation SiH 4 flow rate: 50 sccm NH 3 flow rate: 150 sccm Film formation gas pressure: 1 × 10 −1 Torr Substrate temperature: 350 ° C. High frequency output: 500 W Microwave output: 150 W [Result] Deposition rate: 50 nm / min Particle density: 30 particles / 100 mm square (particle size 0.3
Optical band gap: 4.8 to 5.0 eV As described above, good results were obtained for both.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明によると、成膜室内のカソード電
極と接地電極間に導入した原料ガスをプラズマ化し、こ
のプラズマに基板を曝して該基板上に薄膜を形成するプ
ラズマCVD法及び装置であって、原料ガスのプラズマ
化を、カソード電極への高周波電力のオン・オフの繰り
返しによるパルス状印加とともに成膜室へのマイクロ波
のオン・オフの繰り返しによるパルス状印加により行
い、且つ、マイクロ波の印加を高周波電力の印加に同期
させて行うことで、ラジカル生成を制御して、成膜に必
要なラジカルを選択的に発生、増加させ得る一方、成膜
に不要なラジカルの発生を抑制でき、それによってダス
ト、パーティクルの発生を抑えつつ良質の薄膜を高速で
安定的に形成できるプラズマCVD法及び装置を提供す
ることができる。
According to the present invention, there is provided a plasma CVD method and apparatus in which a source gas introduced between a cathode electrode and a ground electrode in a film forming chamber is turned into plasma and the substrate is exposed to the plasma to form a thin film on the substrate. Therefore, the high-frequency power to the cathode electrode is turned on and off by turning the source gas into plasma.
Microwave to the film formation chamber with pulsed application by return
By applying a pulsed voltage by repeating the on and off of
And, the microwave application is synchronized with the high frequency power application.
By doing so, it is possible to control the generation of radicals and selectively generate and increase the radicals necessary for film formation, while suppressing the generation of radicals unnecessary for film formation, thereby suppressing the generation of dust and particles. High quality thin film at high speed while suppressing
It is possible to provide a plasma CVD method and apparatus that can be stably formed.

【0023】また、マイクロ波と高周波電力の印加開始
のタイミングに関して、マイクロ波印加を高周波電力印
加より先行させるときは、より確実に安定したプラズマ
が得られ、それだけ、良質の膜を形成できる。
Moreover, regarding the timing of the application start <br/> microwave and high-frequency power, high frequency power sign microwaves applied
When it is preceded by the addition , more stable and stable plasma can be obtained, and accordingly, a good quality film can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明方法を実施する装置例の概略構成図であ
る。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of an apparatus for carrying out the method of the present invention.

【図2】本発明方法を実施する他の装置例の概略構成図
である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of another apparatus example for carrying out the method of the present invention.

【図3】本発明方法を実施するさらに他の装置例の概略
構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of still another example of a device for carrying out the method of the present invention.

【図4】電子エネルギー・密度相対比、良質ラジカル密
度相対比及びプラズマ化エネルギー印加の関係を示すグ
ラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between electron energy / density relative ratio, good quality radical density relative ratio, and plasma energy application.

【図5】従来のプラズマCVD装置の概略構成を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional plasma CVD apparatus.
It is.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 成膜室 2 カソード電極 3 接地電極 4 高周波パルス発生部 41 高周波パルス信号発生器 42 パワーアンプ 43 高周波用マッチングボックス 5 ヒータ 6 排気系 7 原料ガス供給装置 8 マイクロ波パルス発生部 81 マイクロ波パルス信号発生器 82 マイクロ波発信源 83 アイソレータ 84 整合器 85 導波管 851 セラミックス部材 80 位相同期回路 86 同軸ケーブル 87 アンテナ 88 石英製反応管 881 マイクロ波反射板 89 弁 9 基板 1 Film-forming chamber 2 Cathode electrode 3 Ground electrode 4 High frequency pulse generator 41 High frequency pulse signal generator 42 Power amplifier 43 High frequency matching box 5 Heater 6 Exhaust system 7 Raw material gas supply device 8 Microwave pulse generator 81 Microwave pulse signal Generator 82 Microwave transmission source 83 Isolator 84 Matching device 85 Waveguide 851 Ceramics member 80 Phase synchronization circuit 86 Coaxial cable 87 Antenna 88 Quartz reaction tube 881 Microwave reflector 89 Valve 9 Substrate

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 成膜室内のカソード電極と接地電極間に
導入した原料ガスをプラズマ化し、このプラズマに基板
を曝して該基板上に薄膜を形成するプラズマCVD法に
おいて、前記原料ガスのプラズマ化を、前記カソード電
極への高周波電力のオン・オフを繰り返すパルス状印加
と、前記成膜室へのマイクロ波のオン・オフを繰り返す
パルス状印加とで行い、且つ、該マイクロ波の印加を該
高周波電力印加に同期させて行うことを特徴とするプラ
ズマCVD法。
1. A plasma CVD method in which a source gas introduced between a cathode electrode and a ground electrode in a film forming chamber is turned into a plasma, and a substrate is exposed to the plasma to form a thin film on the substrate . The cathode
Pulsed application of high-frequency power on and off repeatedly to the pole
And repeat microwave on / off to the film forming chamber.
Pulsed application and the microwave application
A plasma CVD method characterized by being performed in synchronism with application of high-frequency power .
【請求項2】 高周波電力の各印加オン時間t1を1×
10 -3 秒≦t1≦10×10 -3 秒、高周波電力の各印加
オフ時間t2を1×10 -3 秒≦t2 ≦10×10 -3 秒、
マイクロ波の各印加オン時間t3を2×10 -3 秒≦t3
≦15×10 -3 秒、マイクロ波の各印加オフ時間t4を
1×10 -3 秒≦t4≦10×10 -3 とする請求項1記
載のプラズマCVD法。
2. The on-time t1 for each application of high-frequency power is 1 ×
10 −3 seconds ≦ t1 ≦ 10 × 10 −3 seconds, each application of high frequency power
OFF time t2 is 1 × 10 −3 sec ≦ t2 ≦ 10 × 10 −3 sec,
Each microwave application ON time t3 is 2 × 10 −3 seconds ≦ t3
≤15 × 10 -3 seconds, each microwave application off time t4
The plasma CVD method according to claim 1, wherein 1 × 10 −3 seconds ≦ t4 ≦ 10 × 10 −3 seconds .
【請求項3】 前記マイクロ波と高周波電力の印加開始
のタイミングにおいて、前記マイクロ波を前記高周波
より先行させて印加開始し、該高周波電力の印加開始
遅延時間を1×10 -3 秒以上5×10 -3 秒以下とする請
求項2記載のプラズマCVD法。
3. The timing of the application start <br/> of the microwave and high frequency power, the high-frequency electrostatic the microwave
The plasma CVD method according to claim 2, wherein the application is started prior to the force , and the application start delay time of the high frequency power is set to 1 × 10 −3 seconds or more and 5 × 10 −3 seconds or less .
【請求項4】 成膜室内のカソード電極と接地電極間に
導入した原料ガスをプラズマ化し、このプラズマに基板
を曝して該基板上に薄膜を形成するプラズマCVD装置
において、前記原料ガスのプラズマ化のために、前記カ
ソード電極へ高周波電力をオン・オフを繰り返してパル
ス状に印加する手段と、前記成膜室にマイクロ波をオン
・オフを繰り返してパルス状に印加する手段と、前記マ
イクロ波の印加を前記高周波電力の印加に同期させる手
段とを備えたことを特徴とするプラズマCVD装置。
4. A plasma CVD apparatus for converting a source gas introduced between a cathode electrode and a ground electrode in a film forming chamber into plasma, exposing the substrate to the plasma to form a thin film on the substrate, and converting the source gas into plasma. In order to apply a high-frequency power to the cathode electrode in a pulse shape by repeatedly turning on and off , a microwave is turned on in the film forming chamber.
Means for applying a pulsed-Repeat off, said Ma
A method to synchronize the application of the microwave with the application of the high frequency power.
Plasma CVD apparatus characterized by comprising a stage.
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